NASA韦伯望远镜揭示星系碎屑中的巨大恒星团块

这些被称为亮红外星系（LIRGs）和极亮红外星系（ULIRGs）的天体，在邻近宇宙中相对罕见。据亚利桑那大学斯图尔德天文台研究员肖恩·林登介绍，目前已知距离地球400兆秒差距（13亿光年）范围内仅有202个此类星系。该发现于6月11日在美国天文学会第246次会议上通过新闻发布会公布。

LIRGs和ULIRGs与银河系等螺旋星系的不同之处在于，它们正处于与其他星系合并的过程中。大多数星系呈现两个星系核而非单一核的特征，或是在引力拉伸变形作用下形成延伸的"尾状结构"。有别于"现代"星系的是，它们包含密集的"团块"——这些充满新生恒星的致密区域，其质量远超未经历合并的"典型"演化星系中的任何结构。

「这些星系的团块结构极为显著，与我们现今观测到的美丽螺旋星系（如银河系）截然不同，」林登表示，「宇宙学模拟表明，这些团块是早期宇宙中星系构建的基础单元。」

天文学家对LIRGs和ULIRGs的关注源于它们是窥探遥远过去的窗口——彼时宇宙更为年轻，星系演化程度远低于今日，且相互碰撞的频率远高于当前。

这正是全天天区亮红外星系巡天计划（Great Observatories All-sky LIRG Survey，简称GOALS）的切入点。该计划整合了NASA斯皮策、哈勃、钱德拉和GALEX空间天文台的成像与光谱数据，对邻近宇宙中200余个最明亮的红外选星系展开全面研究。目前，NASA詹姆斯·韦布空间望远镜的红外观测提供了这些星系最完整的普查数据。这项从2023年10月持续至2024年9月的巡天是同类研究中唯一的项目，团队计划将成果发表于《天体物理学杂志》特刊。

「想象一下，在某个致密区域同时形成百万颗恒星——而这类星系中存在着数十万个此类团块，」林登描述道。

作为对比，银河系内最大质量的年轻团块仅包含约1000倍太阳质量，且平均每年仅诞生一颗恒星。

林登阐释道，当两个星系碰撞合并时，恒星形成率会急剧提升，进而产生其他未经历合并的星系中未见的大质量团块。

「这些团块结构随时间推移持续累积，直至达到惊人的质量规模。若要理解其本质及其在宇宙时间尺度上对星系演化的贡献，我们必须开展精细研究，」林登强调。

尽管哈勃空间望远镜此前已观测到恒星形成团块，但只有韦布望远镜的红外探测能力能让天文学家揭开厚重尘埃的帷幕，从而更细致地观测这些特征。

巡天结果同时验证了超级计算机模拟的星系演化预测：预测表明"典型"盘状星系包含较少的恒星形成团块，且大部分恒星形成发生于小型团块中（如现今银河系所见）；而星系合并则产生更大规模、数量更多的团块，且恒星形成主要集中于这些大质量团块内。

「我们如今在邻近宇宙中发现了这些大质量团块，」林登指出，「通过首次对比邻近宇宙与遥远宇宙的大质量团块观测数据，我们正逐步完善认知图景。」

解析这些异常大质量恒星形成团块中先前隐藏的细节，有助于研究者深入理解这些结构及其宿主星系随时间的演化进程——本质上为这类在宇宙中已基本消失（除最遥远的外围区域外）的星系提供了一个天然实验室。

「从某种意义而言，观测邻近宇宙可获得百亿年前宇宙活动的信息，」林登解释道——其研究聚焦于团块与星团的成像工作，并主导了数据采集、处理与分析全过程。

他进一步说明：早期宇宙密度显著更高，星系合并事件更为频繁，由此催生了大质量恒星形成团块。随着宇宙演化与空间膨胀，星系逐渐转变为类似银河系及现今成熟螺旋星系的形态。

「宇宙过去曾更为狂暴极端，如今正趋于稳定，」林登总结道，「这解释了为何此类极端星系的罕见样本不复存在于邻近宇宙——因为总体上，多数星系亦已趋于稳定。」

林登补充说，除了作为探索过去的窗口，这些被巡天星系亦暗示着未来：数十亿年后，银河系与仙女座星系终将碰撞。当这场合并发生时，可能在两个星系中引发新一轮大规模恒星形成。

「随着仙女座逐渐逼近，星际介质压力持续升高——银河系内形成的团块结构将突然变得愈发庞大。」